Bit Requiem 02 (Part 2) 凶手的朋友是比特币矿场的老板

▐ 作者/苏伟

本期关键词：交易所，分布式账本，节点，区块链，区块，链，交易，包，广播，散列，散列函数，密码学安全，发行机制，反向散列运算靠比特币发财的人，枚举提升，记账权，默克尔树，时间戳

️ 即使只是多加一个空格也会完全改变哈希值。 那么，关于“安全”的含义，大家应该猜猜密码学最怕的是什么？

最害怕？ 你最害怕什么？

️密码学最怕“规则”！ 规律是密码学的天敌，发现算法规律就意味着它不再安全。 而如果生成哈希值的算法是安全的，就意味着不可能通过修改输入值来尝试得到相似的哈希值。

嗯，我明白了，这个“安全”对于比特币来说是牢不可破的，就是区块链“链”的安全。 因为人们没有办法通过篡改已经打包好的区块来改变既定的数据，因为生成哈希值的算法是“安全的”，无法破解。

️ 所以，你现在明白了吧？ 如果你不顾加密规则，试图篡改或破坏任何一个区块，那么整个“链条”就会断裂，即使你有再高明的本事也无法修复。 与其花费巨大的成本去做做不到的事情，不如诚实地接受这个“分布式账本”的客观性和真实性。

你说，有没有可能两个不同的输入数据的哈希值是完全一样的呢？ 毕竟你看，就算是256位，也只是字母和数字的组合，而且长度，字母和数字的个数也是有限制的，也就是说hash值的个数是有限制的, 并且, 世界上的文件数据是无限的！

️ 哎，你怎么总是那么喜欢挖墙角？ 你的想法理论上是对的，但是如果有一个“安全”成熟的hash算法，我可以很明确的告诉你，概率小到不可能，就像……就像你连续买了三次一样彩票可以中大奖，而且，甚至，中奖的几率比这小得多。

哦，我明白了，套用语言来说，就是“排除合理怀疑”的意思。

️ 是的！ 计算哈希值的算法有很多种，如MD5、SHA-1、SHA-2、SHA-3等，随着技术的进步和计算机硬件的发展，一些老的算法已经不那么安全而被废弃了，但是这种所谓的不安全感其实只是相对的。

那么，从本质上讲，如果可以概括的话，似乎是什么让它“不安全”呢？

️ 刚才说了，是“规矩”。 或者，从算法的角度来看，“重复”是“不够随机”。

不够随意？

️ 是的，不够随机。 之所以能够将原始数据映射成难以逆推的哈希值，是因为算法的元素足够随机。 但是，我们怎样才能得到真正的随机数呢？ 这一直是个问题！ 我们今天所认为的生成随机数的功能，只是因为某种规律足够宽泛，我们人类只能感觉到它，看到它。

感觉自己掉进了一个大坑里。。。

️ 所以，还是赶紧结束这个话题吧，不然我们会疯掉的。 因为，就地球人的认知而言，无论你怎么折腾，都如同孙悟空的十万八千里征战，无论如何也逃不过孙悟空的掌心。如来佛。 无论我们怎么想“找到支点”，也改变不了“地球漂浮在空旷的宇宙中”这一客观事实。

作为一个地球上的普通人，我只能处理眼前的事情，管好自己的脚步。 我没有那么大的心胸去承受世间的命运！

️ 你的“当务之急”是什么？

努力工作，养家糊口！ 另外，有空的话，做点自己感兴趣的事情，满足一下与生俱来的好奇心。 哎~说到养家的话，要是能发个财就好了。

️ “人活着就应该建功立业，何必叹息！”

哈哈，破机器人，台词背得真好！

️我要告诉你，“挖矿”也能致富！ 很多人通过“挖矿”实现了财务自由！ 当然，我指的是早些年投资比特币和区块链的那批人。 现在，这个潮流的暴利时代已经过去，赚的都是辛苦钱。

是的，我们聊了半天，老张在这种情况下是如何“挖”比特币的？

️ 这个所谓的“挖矿”就是比特币的发行机制。

比特币是分布式的，没有中心化的组织来管理。 谁来发行？

️ 比特币的总量是2100万，用比特币的代码写的，总量不变。 所谓分发，就是按照一定的规则，从系统中无中生有地给到指定的账户。 这套规则是所有比特币节点，大家抢答一道数学题，谁最先算出正确答案，就奖励一定数量的比特币。 这样，比特币就以奖励的形式发行了！

什么数学题，我也算一下，纸笔准备好了，报题，看能不能抢几个硬币？

️ 老师您总是那么幽默！ 这道数学题不是普通人能算出来的，更不是普通的机器能算出来的。

比特币矿机

我不相信，告诉我，这有什么问题？

️题目说起来也很简单，可以表示为hash(hash(a+b+c+X))=N，其中a、b、c是已知的，是一些哈希值，N是字符串前面的哈希数 一个以0开头的哈希值，例如000000000003ba27aa200b1cecaad478d2b00432346c3f1f3986da1afd33e506，求X？

这个，这个，我用纸笔可能算不出来，但是用电脑应该可以算吧？

️呵呵~没那么容易！ 注意到公式括号外的计算方式是hash了吗？ 并且有两个哈希值。

哦？

️还记得我们之前说的吗？ 哈希计算很容易从输入计算出输出，但是从输出反推输入却很难！ 更何况比特币是设置做两次哈希的，怎么计算呢？

哦对了，散列函数是密码学的一种应用。

️因此，如果要从N中计算出X的值，相当于逆向破解hash运算。

我懂了，因为hash运算是一种加密，又因为这种运算没有规律可循，所以逆向破解没有捷径，只能暴力枚举，从1,2,3,4开始.. .一一尝试。

️ 那么，你觉得，这能用普通机器算出来吗？ 至于血肉之躯组成的人脑，那根本就没有任何关系！

切~人类的劳动都是智能的，算法都是人脑发明的！ 机器简直比人更强大！

️所有比特币节点通过做这样的数学题来竞争“挖矿”：哪个节点先计算出结果，哪个节点可以获得“记账权”，然后获得奖励的比特币。

簿记对吗？

️ 就是把一段时间内的所有交易打包成区块的权利，所以记账权也叫打包权。

题目的公式是hash(hash(a+b+c+X))=N，计算过程是求已知N的X，那么a、b、c是什么？

️a是前一个区块的哈希值（Prev Hash），我们之前在电脑上模拟的，记得吗？

行！ b和c呢？

️ b是所有需要打包的“交易”组成的Merkle树的根，也是一个哈希值（Merkle Root）。 c是时间戳（Timestamp）。

比特币“挖矿”的解题原理示意图

开始接受高密度的新词。

️“我们总是要走向未知，如果你退缩，就没有下一班船。”

这句名言在哪里？

️ 无处不在，我是根据气氛编的。

我真的很佩服你。 那么，告诉我，什么是“默克尔树”？

️ 默克尔树（Merkle trees）是一种树状的数据组织结构。 在比特币中，需要打包的交易是由二叉默克尔树组织起来的，也叫二叉默克尔树。 例如，交易1和2的哈希值形成节点12靠比特币发财的人，交易3和4的哈希值形成节点34，以此类推； 在上层，12号和34号组成了节点1234号节点…… 这样就把所有需要打包的数据组织起来，最后生成一个树根，就是根节点。

哈希值是逐层生成的，最后归纳为一个根节点，也就是被带入挖矿操作的b。

Merkle Tree结构示意图

️ 没错！ 包括这个根节点，也就是验证数据完整性的“区块头”！

但是，像这样把数据组织成一棵树，好像很麻烦。 我们不能像刚才模拟的那样把所有的交易打包在一起吗？

️ 理论上也不是不可以，打包块不需要树结构，但是，你想，如果没有合理的数据结构就全部打包在一起，会给后面的计算带来一些麻烦。

例如？

️ 比如你要查询某个区块中是否有某笔交易，可以使用默克尔树来达到更高的效率。

哦，就像一个国家的行政区划。 中心以下是省、市、自治区。 省级以下为地、市、地，再下为区、县。 工作是从上到下部署的，它是平到底部的。 集中管理虽然方便，但是成本太高。 最好合理划分行政区划，这样可以控制成本，效率更高。

️ 所谓编程，就是创建合理数据结构的过程。 日常生活中有很多类似的例子，但并不像编程听起来那么神秘，但不影响我们的理解和使用。

那么，什么是“时间戳”？ 即“挖矿”公式中的c是什么？